基于DAA的移动Ad,Hoc网络匿名认证方案
摘要：随着移动Ad hoc网络(MANET)技术的发展，安全问题受到越来越多的关注。认证服务是MANET安全的基础。近年来，研究人员提出了各种MANET的认证方案，但对于开放环境下MANET的匿名性要求考虑较少。本文基于可信计算技术中的直接匿名证明协议（DAA）[1]，提出了一种适合于MANET环境的匿名认证方案，在解决MANET无中心认证问题的同时，实现了节点身份的匿名性，增加了签名的可追踪性，并对节点的访问权限进行了划分，能够满足更多应用场合的要求。
关键词：认证；ad hoc；权限划分；匿名；安全
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)01-0039-03
An Anonymous Authentication Scheme for Mobile Ad Hoc Networks Based on DAA
YUE Kang1, ZHANG Tao1, SUO Yan1, MAO Wei-xing2
(1.Institute of Command Automation, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China; 2.PLA 73681 Army,Nanjing 210012, China)
Abstract: With the development of mobile ad hoc network (MANET), security problems have aroused more and more attention. Authentication is the basic of security of MANET. In recent years, researchers have presented many MANET authentication schemes, but all of which paid little attention to anonymity. This paper presents an anonymous authentication scheme for MANET based on direct anonymous attestation protocol (DAA) in trust computing technology，which not only solved the authentication problems brought by the lack of fixed infrastructure, but also achieved the goal of anonymity. The scheme adds the property of signature traceability, and classifies access privileges of nodes, which can satisfy the needs of more applications.
Key words: authentication; ad hoc; privilege classification; anonymity; security
移动Ad hoc 网络(MANET) 是一种自创建、自组织、自管理的网络，网络中的节点不仅要具备普通移动终端的功能，还要具有报文转发能力，即要具备路由器的功能。MANET最早用于军事上的战术互联网，但随着技术的发展，MANET也越来越多地运用于民用领域。由于其不需要固定的基础设施和集中式管理，在灾难情况（如地震、爆炸等）、电子会议等需要临时快速配置网络的场景中有着巨大的应用前景。与传统网络相比，MANET有着不同的特性，也面临着新的安全威胁：1) 无线信道的无向性质以及对空开放，使其很容易被截获和干扰；2) 节点易受到攻击被俘获，这意味着网络中的节点都是不可信的；3) 节点的移动性使网络拓扑随时可能发生变化，从而使网络管理变得困难；4) 缺乏固定的基础设施（如缺乏服务器、CA 机构等），使传统的认证、加密等安全措施不能直接使用。
随着MANET技术的发展，安全问题已成为热点研究领域。而在所有安全措施中，认证是安全的基础。因为内部节点攻击的破坏可能危及整个网络系统安全，并且防范比较困难，认证服务是拒绝恶意节点访问网络的根本途径。
不管是对于军事应用还是其他应用，保证信息安全都是至关重要的。而对于越来越广泛的MANET应用，有时需要对网络中节点的权限进行细致地划分，以决定节点所能获得的服务。本文提出的分级认证方案够很好地解决此问题，在认证中根据对方的身份级别来提供相应的服务。例如在军事战术互联网中，根据节点的身份来区分其所能访问的数据库级别。在民用领域，节点的权限划分同样重要，如区分网络中用户的级别，划分普通用户和VIP用户等，以区分其所能获得网络资源的权限。
匿名性在很多应用中不但能够保护用户隐私信息，而且是安全方案中重要的组成部分，特别是在战术互联网的应用中，不但要求攻击者不能窃听到通讯的内容(机密性)，不能中断通讯(有效性和完整性)，还要求通信双方的身份和位置信息对攻击者是匿名的。否则，攻击者可能推算出有关位置、移动或者通信模式等重要信息，从而发起物理上的攻击[2]。同时，通过匿名性也可以加强对网络中重要节点的保护，如骨干节点等[8]。
1 相关工作
近年来，研究者提出了各种MANET的认证方案，主要解决MANET无固定基础设施带来的认证问题，主要有分布式CA、基于信任链的认证以及基于簇的认证等方法。
分布式CA的方案最早由Zhou和Haas提出[3]，采用门限密码机制（n, k），把CA的功能分散到选定的n个节点上，每个CA节点持有一个部分CA密钥。一个新节点要获取证书，必须向其中任意k个CA节点请求，每个CA节点给其签名后生成部分签名证书，最后由这些部分签名证书合并成完整的签名证书。Luo等对此分布式方案进行了改进[4-5]，把CA的功能分散到网络中的所有节点上，每个节点都持有部分私钥，任意k个节点合作可以完成CA的功能，这样提高了系统的可用性。此方案适合于节点密度较高、范围较广的社区Ad Hoc网络，当节点数目较少时，认证将变得困难，另外方案对于初始信任的建立没有给出很好的方法。
基于信任链认证的思想是信任的可传递性。Capkun在[6]中提出了一种基于信任链的认证方案，每个节点都需要维护两个证书库，一个存储它向其他节点颁发的证书，另一个存储其他节点向它颁发的证书。当节点相互认证时，将这两个证书库合并，看是否能找到一条信任路径。但在在网络建立初期，所有节点之间都没有建立信任关系时，节点内并不存在证书库，这时节点的相互认证就无法进行。
基于簇的认证是根据地理位置把网络划分为多个小的局域网，称之为簇，每个簇中选取一个头节点（cluster header）负责管理。很多基于簇的方案也并用其他认证的方法，如Bechler在文献[7]中提出，将CA的功能分散到每个簇的头节点上，采用分布式CA的方法对新节点进行认证和签发证书。基于簇的认证方案比较适合大型MANET，但对于簇头节点性能要求较高，也容易造成簇头节点周围网络的局部拥塞。同时，MANET中的节点随时都可能离开网络，当簇头节点离开时，重新选取簇头节点的过程比较复杂，耗费较高。